La dinámica, rama fundamental de la física que estudia el movimiento de los objetos y las fuerzas que los afectan, se adentra en conceptos cruciales para comprender la naturaleza del movimiento. Entre estos conceptos, el momento desempeña un papel crucial, tanto en su forma lineal como angular.

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Vamos

Momento Lineal

Una partícula

El momento lineal es una magnitud vectorial que describe el movimiento de un objeto. Se define como el producto de la masa del objeto multiplicada por , la velocidad del objeto, que denotamos como para obtener


Esto quiere decir que las dimensiones del momento son


Para comprender este concepto,
recordemos la Segunda Ley de Newton, que describe que la tasa de cambio de momento de un objeto es proporcional a la fuerza actuando sobre él.

Varias partículas

Si tenemos un sistema de diversas partículas, debemos considerar la masa y momento de cada una de ellas. Si tenemos 2,


donde son las masas, las velocidades de cada objeto, respectivamente. En general, tenemos


Conservación

En sistemas cerrados (donde no interfieren objetos ni fuerzas externas), el momento se mantiene constante. Conocida como la ley de conservación de momento, se puede deducir por las Leyes de Newton. Para ver esto, tomemos 2 partículas y las hacemos interactuar. Por la tercera ley, las fuerzas ejercidas entre estos objetos son iguales en magnitud pero en direcciones contrarias. La segunda ley nos dice que el cambio de momento es igual a la fuerza, por lo que


De manera equivalente,


Es decir, la suma de momentos es constante.

Momento Angular

En 2 dimensiones

El momento angular representa el producto de la inercia rotacional y velocidad rotacional. Es decir, la cantidad de fuerza necesaria para generar aceleración angular, y el cambio de posición angular en el tiempo, con respecto a un eje. Si el movimiento solo ocurre en un plano, podemos considerar el momento angular como un análogo al momento lineal, donde el momento lineal es


y el momento angular es proporcional al momento de inercia y velocidad angular , medida en radianes por segundo. Es decir,


A diferencia de la masa en el momento lineal, el momento de inercia depende de su posición con respecto al eje de rotación. Asimismo, la velocidad angular depende del centro del cual se orbita.
Si el movimiento es completamente circular, podemos simplificar nuestra ecuación a


Momento angular en 3 dimensiones

Definimos el momento angular como


donde es el momento lineal de la partícula y al vector radial del origen del movimiento hacia la partícula. Recordemos que el producto cruz nos genera un vector perpendicular al plano donde se encuentran los vectores y .

Cambio en el Momento Angular

Recordemos que en el caso del momento lineal, teníamos que la tasa de cambio del momento lineal era igual a la fuerza. Ahora, veremos que para el momento angular, ocurre algo similar. Al derivar la expresión del momento angular:


Es decir, el cambio en el momento angular es perpendicular a la fuerza y al vector radial.

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Jesús Superprof

Licenciado en Matemáticas--> Enseñando matemáticas de una forma sencilla.